Способ получения кремния из рисовой шелухи, пригодного для изготовления солнечных батарей

 

Сущность изобретения: рисовую шелуху промывают деионизированной водой, обрабатывают раствором НСООН при объемном отношении кислота: вода 1:10 в течение не более 24 ч, сушат при температуре не более 120° С, проводят пиролиз при 340- 500° С, массовое отношение C:SI02 в полученной черной золе доводят до 2:1, золу обрабатывают при 20-40° С в течение не более 24 ч 10%-ным раствором H2U2 или раствором НСООН при объемном отношении кислота: вода 1:(1-10), проводят карботермическое восстановление в атмосфере азота при 1300-1500° С в течение 4-6 ч, и полученный нитрид кремния подвергают в течение 4-8 ч термообработке в вакууме при 1600-1800° С или атмосфере аргона при 1800-2200° С. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (53)5 С 01 В 33/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882034/26 (22) 12.11.90 (46) 07.08.93. Бюл. М 29 (71) Научно-производственный коллектив

"Сатурн" и Межхозяйственное научно-и роизводственное объединение "Синтез" (72) М.Б.Закс, М,Я,Иванов, B.À.Êëàäüêî и

Д.А, Шебзухов (56) Патент США М 4214920, кл. Н 01 1

21/04, 1980. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ ИЗ

РИСОВОЙ ШЕЛУХИ, ПРИГОДНОГО ДЛЯ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ (57) Сущность изобретения: рисовую шелуху промывают деионизированной водой. обраИзобретение относится к области производства полупроводниковых материалов, в частности, к получению кремния нсолнечного" качества для фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии (ФЭП) наземного применения.

Целью предложенного способа является уменьшение себестоимости кремния неолнечногон качества путем повышения выхода готовой продукции и уменьшения потребления электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения кремния из рисовой шелухи, пригодного для изготовления солнечных батарей, включающем обработку шелухи раствором кислоты, промывку деионизированной водой, сушку, пиролиз в течение не более 1 ч регулирования отношений углерода к диоксиду кремния в полученной

„„Я „„1832114А1 батывают раствором НСООН при объемном отношении кислота: вода = 1: 10 в течение не более 24 ч, сушат при температуре не более 120 С, проводят пиролиэ при 340—

500 С, массовое отношение С:SION в полученной черной золе доводят до 2:1, золу обрабатывают при 20 — 40 С в течение не более 24 ч 10%-ным раствором Нг02 или раствором НСООН при объемном отношении кислота: вода = 1:(1 — 10), проводят карботермическое восстановление в атмосфере азота при 1300 — 1500 С в течение 4 — 6 ч, и полученный нитрид кремния подвергают в течение 4 — 8 ч термообработке в вакууме при 1600 — 1800 С или атмосфере аргона при 1800 — 2200 С. 1 табл. черной золе и ее карботермическое восстановление, до стадии обработки проводят промывку шелухи деионизированной водой, обработку осуществляют раствором муравьиной кислоты при объемном соотношении QQ кислота: вода = 1: 10 в течение не более 24 () ч, сушку проводят при температуре не более сУ(цествлЯ)OT l)P33 340

500 С, массовое отношение углерода к ди° вй оксиду кремния в черной золе проводят до

2 1, затем ее обрабатывают при 20 — 40 С в течение не более 24 ч. 10 g-ним реотеороЕ перекиси водорода или муравьиной кислоты при объемном соотношении кислота; вода

- 1: (1-10) карботермическое восстановле= ние и роводят в атмосфере азота при 1300—

1500 С в течение 4 — 6 ч, и полученный нитрид кремния подвергают в течение 4 — 8 ч термообработки в вакууме при 1600-1800 С или в атмосфере аргона при 1800 — 2200 С.

1832114

Сушка очищенной рисовой шелухи ngoводится при температуре не более 120 С иэ-за того, что при дальнейшем повышении температуры начинается окисление летучих органических материалов и вынос шелухи иэ печи.

Температурный режим пиролиза 340500 С обусловлен тем, что дальнейшее повышение температуры снижает реакционную способность полученного ди- 10 оксида кремния, превращая из аморфного состояния в кристаллический, кроме того, увеличивает расход энергии. При низких температурах, т.е. ниже 340 С процесс пиролиза не идет. 15

При химической очистке черной эолы от металлических примесей повышение температуры выше 40 С приводит к испарению кислоты, которая не успевает вступить в реакцию, а при температуре ниже 20 С резко 20 падает скорость химической реакции.

Продолжительность химической очистки в 24 ч и не более выбрана по результатам эксперимента, как оптимальное время, при котором происходит наиболее эффективная 25 очистка.

Пределы соотношений муравьиной кислоты и воды от 1:1 до 1:10 обусловлены содержанием (4 в рисовой шелухе (содержание 02 в шелухе колеблется от 12 до 20"",ь). 30

Карботермическое восстановление черной золы проводят при температуре 13001500 С.

Продолжительность одного цикла карботермического восстановления черной зо- 35 лы в атмосфере азота 4-6 часов выбрана по результатам исследования, как оптимальное время при котором происходит наиболее полное восстановление нитрида кремния. 40

Изучение условия термического разложения нитрида кремния при различных режимах показало, что в вакууме при температуре выше 1600 С (в пределах 1600 — 1800

С) нитрид кремния интенсивно возгоняется с разложением на кремний и азот по реакции 8!эйд - 3SI + 2N2, а в атмосфере аргона возгоняется нитрид кремния при температуре 1800 — 2200О С, Примеры конкретного выполнения способа приведены в таблице.

Формула изобретения

Способ получения кремния из рисовой шелухи, пригодного для изготовления солнечных батарей, включающий обработку шелухи раствором кислоты, промывку деионизированной водой, сушку, пиролиз в течение не более 1 ч, регулирование отношения углерода к диоксиду кремния в полученной черной эоле и ее карботермическое восстановление, отличающийся тем, что, с целью снижения себестоимости продукта, до стадии обработки проводят промывку шелухи деионизированной водой, обработку осуществляют раствором муравьиной кислоты при объемном соотношении кислота: вода = 1: 10 в течение не более 24 ч, сушку проводят при температуре не более 120 С, пиролиз осуществляют при 340-500 С, массовое отношение углерода к диоксиду кремния в черной эоле доводят до 2:t, затем ее обрабатывают при 20-40 С в течение не более 24 ч 10 -ным раствором перекиси водорода или раствором муравьиной кислоты при объемном соотношении кислоте: вода 1:(1-10),. карботермическое восстановление проводят в атмосфере азота при 1300-1500 С в течение 4-6 ч и полученный нитрид кремния подвергают в течение 4-8 н термообработке в вакууме при

1600-1800 С или в атмосфере аргона при

1800-2200 С.

1832114

Реагент

Операция

Технологические параметры

Пример 2

Пример 1

t -=30 С

t = 25 С

Деанизованная вода

Очистка шелухи от механических примесей промывной водой и декантацией

t =30 С с =24 ч

Раствор муравьиной кислоты (ИСООН: Н О)

1:10

t=20Ñ

О i= 24 ч

Очистка рисовой шелухи от металлических примесей

Отмывка очищенной шелухи от кислотных остат30 С

25 С о

Деионизованная вода ков

Сушка очищенной и Горячий воздух отмытой шелухи

110 С

t = 120оС

"-=500 С о =1ч

t -=340С = 1.ч

Пиролиз очищенной шелухи и получение черной эолы

C черной золе

С:О = г:1

Очистка черной золы от металлических примесей кислотным выщелачиванием с=40С 1t,= 24 ч

" "- =20 C i = 24 ч

Раствор муравьиной кислоты при соотношении НСООН:H>0 = от 1:1 до 1:10 с=20С = 24 ч

t=40C

L-=24 Ч

104 перекись водорода (Н О+)

0 атмос®ере азота

Кардотермическое восстановление очищенной черной

Золы и получение нитрида кремния по реакции

3810 +60 + 2иа i» И + 6СО

Термическое разложение нитрида кремния

5igN) 3Si, +2И и получение кремния "солнечндгО" качества с = 1300 С c=4-6 ч — 1500 С t= 4-6 ч

1600 С t 1 = 4-8 ч ь = 4-3 ч

В вакууме

0 атмосфере аргона

1300 С ю 0

4-v ч

= 2200 С g =43÷

Составитель И. Веденеева

Редактор Т. Никольская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М. Куль

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2603 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5